[发明专利]检测银离子的生物电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型生物电化学传感器及其制备方法，特别是一种检测银离子的生物电化学传感器及其制备方法。

技术背景

银作为一种非常重要的过渡金属，广泛用于各种领域，例如化妆品、珠宝、货币，用作催化剂以及导体等。银离子对于某些细菌、病毒、藻类有着一定的毒害作用，其原理是银离子可以抑制含有游离巯基蛋白酶的活性，从而抑制其生物学功能。作为人体组成的微量元素，少量的银离子对人无害，但是随着银在工业中的广泛使用，银离子废液的排放对于水源以及土壤的污染日益严重，越来越多的银离子富集于人体内，对人体造成危害。WHO规定银离子对人体的安全值为0.05 ppm以下，饮用水中的安全值为0.05 mg/L，由此可见，对于银离子的准确检测是非常必要的。现今检测银离子的技术主要包括电感耦合等离子体技术、原子吸收光谱法以及溶出伏安法，前两者对于仪器设备以及操作者具有很高的要求，后者在检测时常常需要汞离子的参与从而产生新的污染，因此，发明一种简单、安全的银离子检测方法显得非常迫切。

电化学生物传感器是一类以电极作为信号转换器，以电位或电流加以测量的生物传感器，主要由生物分子识别和信息转换部件两部分组合构成。电化学体系借助电极实现电能的输入或输出，从而获得电极表面修饰物质的电信号，常用的为三电极体系。三电极体系包括工作电极、辅助电极（也称对电极）和参比电极，其中的对电极是铂电极，参比电极是饱和甘汞电极，工作电极为金电极，电流流经工作电极和对电极。工作电极所测得的电位是相对于参比电极而言。电化学方法作为一类分析检测方法，具有设备低廉、灵敏度高、简便快捷等优点。其中，计时电量法因其灵敏度很高，常被用作定量检测。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种检测银离子的生物电化学传感器。

本发明的目的之二在于提供该传感器的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下机理：金属参与的DNA碱基配对由于能够改变DNA的构象吸引了人们越来越多的关注。研究发现，银离子倾向与胞嘧啶错配的DNA结合，形成胞嘧啶-银离子-胞嘧啶结构，从而大大地增加错配DNA的稳定性。本发明设计一段3’末端含有巯基的模板DNA链，上面包含两段相似并与引物DNA不完全互补的重复序列以及一个核酸内切酶BasBI的酶切位点，该模板DNA链可以通过3’末端的巯基固定到金电极上；另外设计一条游离的引物DNA链，与模板DNA链仅有一个胞嘧啶错配不完全互补。当体系中含有银离子时，两条DNA链会形成胞嘧啶-银离子-胞嘧啶核酸金属复合物，此时模板DNA链与引物DNA链形成稳定的双链结构，被Bst核酸聚合酶所识别，从而开始复制，即以模板DNA链为模板，利用体系中的dNTP，将引物DNA链从5’端向3’端不断延伸加长。当引物DNA延伸完全后，Bst核酸聚合酶从双链上脱落，暴露出来的酶切位点被核酸内切酶BsaBI所识别，切割双链DNA的两条链，结果，双链DNA被切为两个部分，形成两个新的引物DNA。新的引物DNA在银离子的作用下，与模板DNA结合，重新开始新一轮反应，直至将模板DNA切割完毕。整个反应过程可以用电化学信号分子六氨合钌[Ru(NH₃)₆]³⁺来表征，[Ru(NH₃)₆]³⁺由于静电作用会吸附在DNA的磷酸骨架上，因此，[Ru(NH₃)₆]³⁺电化学信号的高低即可定量反应固定于金电极表面的DNA的多少，从而反应银离子浓度的高低。具体来说，最初，模板DNA固定在金电极表面，此时模板DNA是完整的，大量的[Ru(NH₃)₆]³⁺吸附在模板DNA上，从而产生很高的电化学信号；当有银离子存在，体系中发生了上述延伸和切割的循环反应，模板DNA被切割缩短，[Ru(NH₃)₆]³⁺所产生的电化学信号也相应变小，通过电化学信号改变的多少，我们可以计算出银离子的多少。 

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：